CN116626384A - 时钟频率检测电路 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例公开了一种时钟频率检测电路,包括:充电电流源、放电电流源、第一开关、第二开关、负载电容、第一比较器、第二比较器、触发器;充电电流源经第一开关与负载电容的正极连接,放电电流源经第二开关与负载电容的正极连接,负载电容的负极接地;第一比较器的一个输入端与负载电容的正极连接,另一输入端连接第一参考电压,输出端连接触发器的复位信号端;第二比较器的一个输入端与负载电容的正极连接,另一输入端连接第二参考电压,第二比较器用于输出标志信号;触发器的输入信号端连接待检测时钟电路,触发器的输出信号端用于输出触发信号,触发信号用于控制对负载电容进行充电或放电。利用负载电容的充放电周期可以准确测量时钟频率。
Description
技术领域
本发明实施例涉及电子电路技术领域,具体涉及一种时钟频率检测电路。
背景技术
随着数字芯片的发展,对时钟电路的时钟频率的检测精度要求也越来越高。现有技术中大多采用本地的基准时钟电路与待检测时钟电路来进行比较,确定时钟频率。但基准时钟电路受外界影响较大,如工艺、电压和温度的波动等,用来作为基准检测时钟频率会导致检测精度严重受限。因此,需要一种可以更精准检测时钟频率的电路。
发明内容
鉴于上述问题,提出了本发明实施例以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的时钟频率检测电路。
根据本发明实施例的一个方面,提供了一种时钟频率检测电路,包括:充电电流源、放电电流源、第一开关、第二开关、负载电容、第一比较器、第二比较器、触发器;
其中,充电电流源经第一开关与负载电容的正极连接,放电电流源经第二开关与负载电容的正极连接,负载电容的负极接地;
第一比较器的一个输入端与负载电容的正极连接,另一输入端连接第一参考电压,输出端连接触发器的复位信号端;
第二比较器的一个输入端与负载电容的正极连接,另一输入端连接第二参考电压,第二比较器用于输出标志信号;
触发器的输入信号端连接待检测时钟电路,触发器的输出信号端用于输出触发信号,触发信号用于控制对负载电容进行充电或放电。
在一种可选的方式中,第一比较器的第一输入端连接第一参考电压,第二输入端与负载电容的正极连接;第二比较器的第一输入端与负载电容的正极连接,第二输入端连接第二参考电压,第二比较器经非门输出标志信号。
在一种可选的方式中,第一比较器的第一输入端连接第一参考电压,第二输入端与负载电容的正极连接;第二比较器的的第一输入端连接第二参考电压,第二输入端与负载电容的正极连接,第二比较器输出标志信号。
在一种可选的方式中,第一比较器用于比较负载电容的正极电压与第一参考电压,当负载电容的正极电压高于第一参考电压,输出复位信号给触发器;触发器的输出信号端输出第一触发信号,第一触发信号用于控制第二开关闭合,以使放电电流源与负载电容的正极连通,对负载电容进行放电,直至负载电容的正极电压低于第一参考电压。
在一种可选的方式中,当触发器的输入信号端检测到待检测时钟电路输出的高电平信号时,触发器的输出信号端输出第二触发信号,第二触发信号用于控制第一开关闭合,以使充电电流源与负载电容的正极连通,对负载电容进行充电。
在一种可选的方式中,当触发器的输入信号端检测到待检测时钟电路输出的低电平信号时,触发器的输出信号端输出第一触发信号,第一触发信号用于控制第二开关闭合,以使放电电流源与负载电容的正极连通,对负载电容进行放电,直至第二比较器比较负载电容的正极电压低于第二参考电压后,输出的标志信号为参考标志信号。
在一种可选的方式中,当第二比较器输出的标志信号为参考标志信号时,调高充电电流源数值及放电电流源数值和/或减小负载电容数值和/或减小第一参考电压数值与第二参考电压数值的差值,直至第二比较器停止输出参考标志信号。
在一种可选的方式中,当第二比较器停止输出参考标志信号时,调低充电电流源数值及放电电流源数值和/或增加负载电容数值和/或增加第一参考电压数值与第二参考电压数值的差值,直至第二比较器输出参考标志信号,记录充电电流源数值、放电电流源数值、负载电容数值、第一参考电压数值与第二参考电压数值。
在一种可选的方式中,若充电电流源数值等于放电电流源数值,利用以下公式计算待检测时钟电路的时钟频率:
TCLK=2*(Ct*(VrefH-VrefL))/Iup
其中,TCLK表示待检测时钟电路的时钟频率,Ct表示负载电容数值,VrefH表示第一参考电压数值,VrefL表示第二参考电压数值,Iup表示充电电流源数值。
在一种可选的方式中,若充电电流源数值不等于放电电流源数值,利用以下公式计算待检测时钟电路的时钟频率:
TCLK=(Ct*(VrefH-VrefL))/Iup+(Ct*(VrefH-VrefL))/Idn
其中,TCLK表示待检测时钟电路的时钟频率,Ct表示负载电容数值,VrefH表示第一参考电压数值,VrefL表示第二参考电压数值,Iup表示充电电流源数值,Idn表示放电电流源数值。
根据本发明实施例的提供的时钟频率检测电路,充电电流源经第一开关与负载电容的正极连接,放电电流源经第二开关与负载电容的正极连接,负载电容的负极接地;第一比较器的一个输入端与负载电容的正极连接,另一输入端连接第一参考电压,输出端连接触发器的复位信号端;第二比较器的一个输入端与负载电容的正极连接,另一输入端连接第二参考电压,第二比较器用于输出标志信号;触发器的输入信号端连接待检测时钟电路,触发器的输出信号端用于输出触发信号,触发信号用于控制对负载电容进行充电或放电。利用负载电容的充放电周期来测量确定时钟频率,调节负载电容在时钟信号周期内充放电,即可基于计算负载电容的充放电周期确定时钟频率的周期,提高测量精度。
上述说明仅是本发明实施例技术方案的概述,为了能够更清楚了解本发明实施例的技术手段,而可依照说明书的内容予以实施,并且为了让本发明实施例的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂,以下特举本发明实施例的具体实施方式。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述,各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的,而并不认为是对本发明实施例的限制。而且在整个附图中,用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中:
图1示出了根据本发明一个实施例的时钟频率检测电路示意图;
图2示出了根据本发明另一个实施例的时钟频率检测电路示意图;
图3示出了等占空比时负载电容充放电周期与时钟频率周期的示意图;
图4示出了非等占空比时负载电容充放电周期与时钟频率周期的示意图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施例。虽然附图中显示了本发明的示例性实施例,然而应当理解,可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反,提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本发明,并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。
图1示出了根据本发明一个实施例的时钟频率检测电路示意图,如图1所示,该时钟频率检测电路包括:充电电流源Iup、放电电流源Idn、第一开关SW1、第二开关SW2、负载电容Ct、第一比较器10、第二比较器20、触发器30。
其中,充电电流源Iup经第一开关SW1与负载电容Ct的正极连接,放电电流源Idn经第二开关SW2与负载电容Ct的正极连接,负载电容Ct的负极接地。负载电容Ct的正极电压为VCH。第一比较器10的一个输入端与负载电容Ct的正极连接,另一输入端连接第一参考电压VrefH,输出端连接触发器30的复位信号端Reset。第二比较器20的一个输入端与负载电容Ct的正极连接,另一输入端连接第二参考电压VrefL,第二比较器20用于输出标志信号INT。触发器30的输入信号端Clk连接待检测时钟电路CLK,触发器30的输出信号端用于输出触发信号SW,触发信号SW用于控制对负载电容Ct进行充电或放电。
负载电容Ct的正极电压与第一比较器10和第二比较器20的连接方式可以如图1所示,第一比较器10的第一输入端(如图1中第一比较器10的“+”端)连接第一参考电压VrefH,第二输入端(如图1中第一比较器10的“-”端)与负载电容Ct的正极连接,第二比较器20的第一输入端(如图1中第二比较器20的“+”端)与负载电容Ct的正极连接,第二输入端(如图1中第二比较器20的“-”端)连接第二参考电压VrefL,第二比较器20经非门输出标志信号INT。或者,负载电容Ct的正极电压与第一比较器10和第二比较器20的连接方式还可以如图2所示,第一比较器10的第一输入端连接第一参考电压VrefH,第二输入端与负载电容Ct的正极连接;第二比较器20的第一输入端连接第二参考电压VrefL,第二输入端与负载电容Ct的正极连接,第二比较器20直接输出标志信号INT。以上两种连接方式均可用于本发明实施例。
第一比较器10用于比较负载电容Ct的正极电压VCH与第一参考电压VrefH。先将第一开关SW1闭合,由充电电流源Iup与负载电容Ct的正极连通,对负载电容Ct进行充电,得到负载电容Ct的正极电压VCH。当负载电容Ct的正极电压VCH高于第一参考电压VrefH时,第一比较器10输出复位信号0给触发器30。触发器30根据复位信号0进行复位,触发器30的输出信号端经非门后输出第一触发信号SW=1。第一触发信号可以控制第二开关SW2闭合,从而使放电电流源Idn与负载电容Ct的正极连通,对负载电容Ct进行放电,使得正极电压VCH降低,直至负载电容Ct的正极电压VCH低于第一参考电压VrefH,此时,第一比较器10输出信号1。触发器30根据其输入信号端Clk检测待检测时钟电路CLK的输出结果,以监测时钟是否存在。
当触发器30的输入信号端Clk检测到待检测时钟电路CLK输出的高电平信号时,触发器30的输出信号端SW将非门后输出第二触发信号SW=0,第二触发信号用于控制第一开关SW1闭合,以使充电电流源Iup与负载电容Ct的正极连通,对负载电容Ct进行充电,使得负载电容Ct的正极电压VCH围绕第一参考电压VrefH上下波动。当触发器30的输入信号端Clk检测到待检测时钟电路CLK输出的低电平信号时,触发器30的输出信号端SW经非门输出第一触发信号SW=1,第一触发信号控制第二开关SW2闭合,使放电电流源Idn与负载电容Ct的正极连通,对负载电容Ct进行放电,直至第二比较器20比较负载电容Ct的正极电压VCH低于第二参考电压VrefL后,输出的标志信号INT为参考标志信号1。若采用如图1所示电路,第二比较器20比较负载电容Ct的正极电压VCH低于第二参考电压VrefL,输出0,经非门输出参考标志信号1。若采用如图2所示电路,第二比较器20比较负载电容Ct的正极电压VCH低于第二参考电压VrefL,输出参考标志信号1。
当负载电容Ct的正极电压VCH低于第二参考电压VrefL时,输出的标志信号INT为参考标志信号1,即INT=1,说明此时负载电容Ct的正极电压VCH的充放电周期大于时钟频率周期,可以通过调高充电电流源Iup数值及放电电流源Idn数值、或者减小负载电容Ct数值、或者减小第一参考电压数值VrefH数值与第二参考电压VrefL的差值,使得负载电容Ct的正极电压VCH快速充放电,负载电容Ct的正极电压VCH的充放电周期变小,直至第二比较器20停止输出参考标志信号1。记录此时的充电电流源Iup数值、放电电流源Idn数值、负载电容Ct数值等,可以计算得到负载电容Ct的正极电压VCH的充放电周期。若充电电流源Iup数值等于放电电流源Idn数值,可以利用以下公式计算负载电容Ct的正极电压VCH的充放电周期:
TCH=2*(Ct*(VrefH-VrefL))/Iup
在电路输出稳定后,通过对电路中充电电流源Iup数值、放电电流源Idn数值、负载电容Ct数值、第一参考电压VrefH数值与第二参考电压VrefL数值的调整,当第二比较器20停止输出参考标志信号1时,说明此时负载电容Ct的正极电压VCH的充放电周期小于时钟频率周期,可以通过调低充电电流源Iup数值及放电电流源Idn数值,或者增加负载电容Ct数值,或者增加第一参考电压VrefH数值与第二参考电压VrefL数值的差值,使得负载电容Ct的正极电压VCH减慢充放电速度,负载电容Ct的正极电压VCH的充放电周期变大,直至第二比较器20再输出参考标志信号1,此时,负载电容Ct的正极电压VCH的充放电周期与待检测时钟电路的时钟频率相等,记录此时的充电电流源Iup数值、放电电流源Idn数值、负载电容Ct数值、第一参考电压VrefH数值与第二参考电压VrefL数值。
根据图3所示,对于等占空比的时钟CLK,负载电容Ct的正极电压VCH在第一参考电压VrefH与第二参考电压VrefL之间变化,充电电流源Iup数值等于放电电流源Idn数值,可以利用以下公式计算待检测时钟电路的时钟频率:
TCLK=2*(Ct*(VrefH-VrefL))/Iup
其中,TCLK表示待检测时钟电路的时钟频率,Ct表示负载电容数值,VrefH表示第一参考电压数值,VrefL表示第二参考电压数值,Iup表示充电电流源Iup数值。
根据图4所示,对于非等占空比的时钟CLK,负载电容Ct的正极电压VCH在第一参考电压VrefH与第二参考电压VrefL之间变化,充电电流源Iup数值不等于放电电流源Idn数值,待检测时钟电路的时钟频率包括充电和放电两个时间段,利用以下公式计算待检测时钟电路的时钟频率:
TCLK=Tup+Tdn=(Ct*(VrefH-VrefL))/Iup+(Ct*(VrefH-VrefL))/Idn
其中,TCLK表示待检测时钟电路的时钟频率,Ct表示负载电容数值,VrefH表示第一参考电压数值,VrefL表示第二参考电压数值,Iup表示充电电流源数值,Idn表示放电电流源数值。
利用上述的时钟频率检测电路,充电电流源Iup数值、放电电流源Idn数值、负载电容Ct数值、第一参考电压VrefH数值与第二参考电压VrefL数值均为可以调节的数值,在实际应用时,可以任意调节其中任一数值,实现对任意占空比的时钟的时钟频率测量,计算方便,适用于各类芯片。且时钟频率检测电路设计简单,复用性好,受工艺、温度、电压等影响较小,可以提高时钟频率的检测精度。
根据本发明实施例提供的时钟频率检测电路,充电电流源经第一开关与负载电容的正极连接,放电电流源经第二开关与负载电容的正极连接,负载电容的负极接地;第一比较器的一个输入端与负载电容的正极连接,另一输入端连接第一参考电压,输出端连接触发器的复位信号端;第二比较器的一个输入端与负载电容的正极连接,另一输入端连接第二参考电压,第二比较器用于输出标志信号;触发器的输入信号端连接待检测时钟电路,触发器的输出信号端用于输出触发信号,触发信号用于控制对负载电容进行充电或放电。利用负载电容的充放电周期来测量确定时钟频率,调节负载电容在时钟信号周期内充放电,即可基于计算负载电容的充放电周期确定时钟频率的周期,提高测量精度。
需要说明的是,本发明中诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或操作与另一个实体或操作区分,并不代表实体或操作之间存在任何实际的关系或顺序。
本发明所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想,图中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制,其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变,且其组件布局型态也可能更为复杂。
本发明中的“连接”既包含直接连接,也包含间接连接,如通过一些有源器件、无源器件或电传导媒介进行的连接;还可包括本领域技术人员公知的在可实现相同或相似功能目的的基础上通过其他有源器件或无源器件的连接,如通过开关、跟随电路等电路或部件的连接。
这里本发明的描述和应用是说明性的,并非想将本发明的范围限制在上述实施例中。实施例中所涉及的效果或优点可因多种因素干扰而可能不能在实施例中体现,对于效果或优点的描述不用于对实施例进行限制。这里所披露的实施例的变形和改变是可能的,对于那些本领域的普通技术人员来说实施例的替换和等效的各种部件是公知的。本领域技术人员应该清楚的是,在不脱离本发明的精神或本质特征的情况下,本发明可以以其它形式、结构、布置、比例,以及用其它组件、材料和部件来实现。在不脱离本发明范围和精神的情况下,可以对这里所披露的实施例进行其它变形和改变。
Claims (10)
1.一种时钟频率检测电路,其特征在于,包括:充电电流源、放电电流源、第一开关、第二开关、负载电容、第一比较器、第二比较器、触发器;
其中,所述充电电流源经所述第一开关与所述负载电容的正极连接,所述放电电流源经所述第二开关与所述负载电容的正极连接,所述负载电容的负极接地;
所述第一比较器的一个输入端与所述负载电容的正极连接,另一输入端连接第一参考电压,输出端连接所述触发器的复位信号端;
所述第二比较器的一个输入端与所述负载电容的正极连接,另一输入端连接第二参考电压,所述第二比较器用于输出标志信号;
所述触发器的输入信号端连接待检测时钟电路,所述触发器的输出信号端用于输出触发信号,所述触发信号用于控制对所述负载电容进行充电或放电。
2.根据权利要求1所述的时钟频率检测电路,其特征在于,所述第一比较器的第一输入端连接第一参考电压,第二输入端与所述负载电容的正极连接;所述第二比较器的第一输入端与所述负载电容的正极连接,第二输入端连接第二参考电压,所述第二比较器经非门输出标志信号。
3.根据权利要求1所述的时钟频率检测电路,其特征在于,所述第一比较器的第一输入端连接第一参考电压,第二输入端与所述负载电容的正极连接;所述第二比较器的的第一输入端连接第二参考电压,第二输入端与所述负载电容的正极连接,所述第二比较器输出标志信号。
4.根据权利要求1所述的时钟频率检测电路,其特征在于,所述第一比较器用于比较负载电容的正极电压与所述第一参考电压,当所述负载电容的正极电压高于所述第一参考电压,输出复位信号给所述触发器;所述触发器的输出信号端输出第一触发信号,所述第一触发信号用于控制所述第二开关闭合,以使所述放电电流源与所述负载电容的正极连通,对所述负载电容进行放电,直至所述负载电容的正极电压低于所述第一参考电压。
5.根据权利要求4所述的时钟频率检测电路,其特征在于,当所述触发器的输入信号端检测到待检测时钟电路输出的高电平信号时,所述触发器的输出信号端输出第二触发信号,所述第二触发信号用于控制所述第一开关闭合,以使所述充电电流源与所述负载电容的正极连通,对所述负载电容进行充电。
6.根据权利要求4所述的时钟频率检测电路,其特征在于,当所述触发器的输入信号端检测到待检测时钟电路输出的低电平信号时,所述触发器的输出信号端输出第一触发信号,所述第一触发信号用于控制所述第二开关闭合,以使所述放电电流源与所述负载电容的正极连通,对所述负载电容进行放电,直至所述第二比较器比较负载电容的正极电压低于所述第二参考电压后,输出的标志信号为参考标志信号。
7.根据权利要求6所述的时钟频率检测电路,其特征在于,当所述第二比较器输出的标志信号为参考标志信号时,调高充电电流源数值及放电电流源数值和/或减小负载电容数值和/或减小第一参考电压数值与第二参考电压数值的差值,直至所述第二比较器停止输出参考标志信号。
8.根据权利要求7所述的时钟频率检测电路,其特征在于,当所述第二比较器停止输出参考标志信号时,调低充电电流源数值及放电电流源数值和/或增加负载电容数值和/或增加第一参考电压数值与第二参考电压数值的差值,直至所述第二比较器输出参考标志信号,记录充电电流源数值、放电电流源数值、负载电容数值、第一参考电压数值与第二参考电压数值。
9.根据权利要求8所述的时钟频率检测电路,其特征在于,若所述充电电流源数值等于所述放电电流源数值,利用以下公式计算待检测时钟电路的时钟频率:
TCLK=2*(Ct*(VrefH-VrefL))/Iup
其中,TCLK表示待检测时钟电路的时钟频率,Ct表示所述负载电容数值,VrefH表示所述第一参考电压数值,VrefL表示所述第二参考电压数值,Iup表示所述充电电流源数值。
10.根据权利要求8所述的时钟频率检测电路,其特征在于,若所述充电电流源数值不等于所述放电电流源数值,利用以下公式计算待检测时钟电路的时钟频率:
TCLK=(Ct*(VrefH-VrefL))/Iup+(Ct*(VrefH-VrefL))/Idn
其中,TCLK表示待检测时钟电路的时钟频率,Ct表示所述负载电容数值,VrefH表示所述第一参考电压数值,VrefL表示所述第二参考电压数值,Iup表示所述充电电流源数值,Idn表示所述放电电流源数值。
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